Transcript Ch1

基礎物理(一)
Ch1 緒論
一、單位換算：
1.奈米（1nm  10
9
2.微米（1  m
6
0
3.1埃（1 A
 10
 10
 10
m）
m）
m）
【重點例題】
一、72 km/hr = 72x 1000m/3600s
= 20 m/s
二、 10
三、
7
2
9
2
m  10  10 m  10 nm
1
6
1
 10  10 m  10  m
0 . 45 m W
cm
2  0 . 45 
10
3
1cm
W
 0 . 45 
2
10
10  W
10
4
m
 10
10
3
 0 . 45 
3
2
 4 . 5  10
4
6
m
W
2
6 W
m
2
Ch2 物質的組成
一、原子的組成：
（1）電子（ 10 e ）：湯木生
（2）質子（11 P ）：拉塞福
（3）中子（01 n ）：查兌克
（4）基本電荷量（ e  1 .6  10  19 C ）：密立坎
二、基本粒子：夸克與電子
三、目前有六種夸克。
四、質子由二個上夸克與一個下夸克所組成
中子由二個下夸克與一個上夸克所組成
Ch3 物體的運動
3-1 物體的運動
一、名詞定義與公式：
平均或瞬時 速度

平均或瞬時 速率

加速度a

ΔV
Δt

位移
時間間隔
路徑長
時間間隔
V末  V初
時間間隔
直線運動時正負代表方
向
無方向性 
有方向性與受力方向相
同
1.初速2m/s向東，末速為3m/s向東，則速度變化為何？ 1m/s ，向東
2.初速3m/s向東，末速為2m/s向東，則速度變化為何？ 1m/s ，向西
3.初速2m/s向東，末速為3m/s向西，則速度變化為何？ 5m/s ，向西
二、各種圖形的判斷(以直線運動為主)：
1.等速度直線運動：
A
X
X
X
X1
B
X0
X0
0
0
t
t1
t2
t3
t
0
2.v-t圖：
V
任何v-t圖底下面積皆代表位移大小
t
t
3.等加速度運動：
（軌跡有直線與拋物線）
V
V
V
V0
t1
t2
V0
0
V0
0
t
0
－V
t
t
【重點例題】
1.101年學測：
2.100年學測：
vx（m/s）
4.0
3.0
第六秒的位置？
2.0
1.0
→回到原出發點
t（s）
0.0
1.0
2.0
3.0
4.0
5.0
6.0
-1.0
-2.0
x (m)
2
3.98年學測：
1
-5
-4 -3 -2
0
-1
1
2
3
4
5
-1
-2
從-5到5折返幾次？→4次
t (s)
3-2 力與牛頓運動定律
一、摩擦力：
（一）靜摩擦力：與平行物體運動方向的受力大小相同
（二）最大靜摩擦力：
（1）與正向力（不一定是物體重量）、接觸面性質有關
（2）f s . max   s  N
（3）物體要運動前必先克服最大靜摩擦力
（三）動摩擦力：
（1）與正向力、接觸面性質有關
（2）與物體運動速度無關
（3）量值小於最大靜摩擦力
（4） f    N
k
k
3-2 力與牛頓運動定律
二、靜電力：
F K
Q1  Q 2
r
2
兩電荷間的「靜電力」與「萬有引力」的異同：
（一）兩作用力皆與距離的平方成反比。
（二）靜電力有吸引力與排斥力，而萬有引力只有吸引力。
（三）兩電荷間除了靜電力外，萬有引力也是存在的，只是萬有引力很小，可以忽略不計。
（四）皆屬於「牛頓第三運動定律」所提之「作用力與反作用力」。
兩電荷間的靜電力具有「大小相等」、「方向相反」、「作用在不同物體上」、
「兩力不可抵消」的特性。
【重點例題】
1.101年學測：
C
F
氦原子核
F
質子
四、牛頓第三運動定律（作用力與反作用力）：
（1）大小相等（2）方向相反（3）作用在不同物體上
（4）不能抵消（5）同時出現，同時消失
你拉我、我拉你
你推我、我推你
【例】1.蘋果重量的反作用力？蘋果拉地球的作用力
2.繩子拉天花板的反作用力？天花板拉繩子的力
【重點例題】
1.95年學測：
W甲與G甲、W乙與G乙
2.96年學測：
3.97年學測：
甲的質量為50公斤，乙的質量為25公斤，兩人在溜冰場的水平冰面上，開始時都是靜止的。兩人互推後，
甲、乙反向直線運動，甲的速率為0.1公尺/秒，乙的速率為0.2公尺/秒。假設互推的時間為0.01秒，忽略
摩擦力及空氣阻力，則下列敘述哪一項正確？ A
(A)甲、乙所受的平均推力均為500牛頓，方向相反
(B)甲、乙所受的平均推力均為250牛頓，方向相反
(C)甲受的平均推力500牛頓，乙受的平均推力250牛頓，方向相反
(D)甲受的平均推力250牛頓，乙受的平均推力500牛頓，方向相反
3-3 克卜勒行星運動定律
第一定律（軌道定律）：
太陽系所有行星的軌道均為橢圓，且太陽位在橢圓的一個焦點上。
R＝
r近  r遠
2
第二定律（等面積定律）：
行星運動中，由太陽至同一行星的連線，在單位時間內掃過相同的面積。
r 近 v 近＝r 遠 v 遠
第三定律（週期定律）：
太陽系中行星繞太陽公轉軌道平均半徑R的三次方與週期T的平方之比值，
即 R 3 之值，對所有行星均相同。
T
2
【重點例題】
1.93年學測（修改） ：
火星繞太陽的運轉週期是2年。依據克卜勒第三定律，試問火星離太陽的距離約是
地球離太陽距離的多少倍？(A)1倍 (B)2倍 (C) 2 倍 (D)3 4 倍 D
1
3
1
2

R
3
2
2
Ch4 物質間的基本交互作用
一、四種基本交互作用力：
1.大小排列：強力＞電磁力＞弱力＞重力
2.強力：在原子核間的強吸引力，維持原子核穩定
3.弱力：放射性元素衰變過程，
中子→質子+電子+反微中子
Ch5 電與磁的統一
一、電流的磁效應（安培右手定則） :
I
I
I
N
N
S
S
將圓形線圈想像成磁鐵
想像磁鐵側視圖
【重點例題】
1.101年學測：
D
二、電磁感應，如何產生應電流（冷次定律）:
(一)通過線圈磁場的改變引起應電流：
(二)線圈開關啟閉瞬間：
(三)線圈在磁場中所圍面積的改變引起感應電流
(四)線圈與磁場的相對運動引起感應電流：
(五) 線圈方向的改變引起感應電流：
【重點例題】
1.99年學測：
S
N
三、磁力線特性:
（1）封閉立體曲線
（2）不可以相交
（3）外部由N極到S極，內部由S極到N極
（4）愈密集處磁場愈強
（5）磁力線上某點的切線方向為該位置N極磁針的受力方向，
即是該點的磁場方向
四、變壓器：主要應用電磁感應的原理，適用交流電
變壓器的構造：
原線圈：輸入的線圈。
副線圈：輸出的線圈。。
V1
V2

N1
變壓器的構造
N2
理想變壓器： P1  P2
I 1V1  I 2V 2
V1
V2

N1

N2
變壓後頻率並不改變
I2
I1
電路符號
五、電路的輸送：
使用高壓電的目的在於減少傳輸過程消耗的電功率
1.發電廠：
P 固定

IV
2.傳輸過程(總電阻視為定值)：
P 消耗功率

I R 定值
2

所以V愈高，I就愈小，傳輸過程中消耗的電功率就愈小
【重點例題】
1.99年學測：
2.101年學測：
升壓
降壓
【重點例題】
3.94年學測：
電力輸送功率相同時，輸電電壓V愈高，電流I愈小，輸送電線耗電愈少。若輸送電
線電阻為R，則下列有關輸送電線本身所消耗之電功率P的計算式何者正確？ D
(A)P＝IV (B)P＝IR (C)P＝V2/R (D)P＝I2R
4.95年學測：
發電廠輸出電時，通常利用超高壓變電所將電壓升高（如升至34.5萬伏特）後，將電輸
送至遠方，在此傳輸過程中，其目的為何？ C
(A)增加輸電線的電阻(B)增加傳輸的速率(C)減小輸電線上的電流(D)減小傳輸的電功率
四、電流的熱效應:
電功率(瓦特
 J
s
)＝IV
2
I R 
V
2
R
【重點例題】
1.99年學測：
太陽能熱水器的主要構造，利用冷水注入框內彎管經陽光照射
而使水加熱。若每分鐘從入水口流入的水量為12.0公斤，水溫
為25.0℃。從出水口流出的水量為12.0公斤，水溫為45.0℃。
則此熱水器的功率約為何？
6-1 光波
Ch6 波
一、反射：反射波與入射波都在同一個介質中傳遞，兩
者的波速相同，且波長、頻率、週期均不變。
二、折射：頻率不變，速度與波長成正比
【重點例題】
1.101年學測：
CE
6-2 水波
折射線
波前
法
線
入
射
線
水波由Ⅱ區進入Ⅰ區時：
（1）頻率不變，波速變慢
（2）波速與波長成正比，波長變小
（3）由深水區進入淺水區
6-3 聲波
一、特性：
（1）需要介質，為力學波
（2）前進方向與介質振動方向平行，為縱波
（3）傳聲介質：固＞液＞氣
【重點例題】
1.101年學測：
B
2.100年學測：
具週期性的聲波在靜止空氣中傳播，下列有關其性質的敍述，哪些正確？（應選2項） CE
(A)此聲波為波動，不能傳播介質與能量
(B)空氣分子會隨此聲波傳播的方向一直前進
(C)空氣分子在原來的位置，與此聲速相同方向來回振動
(D)空氣分子在原來的位置，與此聲速垂直方向來回振動
(E)此聲波所到之處，空氣的壓力與密度均會呈現週期性變化
2.96年學測：
某聲波在空氣中傳播時的頻率為f1，波長為1 ，當折射進入水中傳播時的
頻率為f2，波長為 2 ，則下列的關係，何者正確？
V1 < V 2
f1 = f 2
1 <  2
Ch7 能量
一、能量形式轉換：
【重點例題】
1.101年學測：
E
2.100年學測：
抽蓄水力發電，其能量轉換主要的過程為下列何者？ A
(A)電能→水的位能→水的動能→電能(B)電能→水的動能→水的位能→電能
(C)水的動能→化學能→水的位能→電能(D)電能→化學能→水的動能→電能
(E)化學能→水的位能→水的動能→電能
二、核能：
1.商業運轉為核分裂式
2.質能互換原理，原料為鈾-235
3.有核廢料污染問題
4.台灣目前有四座核能廠
5.核能生熱，利用水蒸氣推動發電機
三、核反應遵守定律：
1.原子序守恆與質量數守恆
2.α射線為氦的原子核，帶正電，2個質子， 2個中子 24 He
β射線為核內電子， 帶負電  10 e
γ射線為電磁波，不帶電，不受電場與磁場影響
【重點例題】
27
a
24
4
Al  b X  11 Na  2 He ，試問x為何物？
1. 13
質量數守恆：27+a＝24+4，a＝1
原子序守恆：13+b＝11+2，b＝0
X為中子
208
2.放射性元素之核衰變，若 232
90 Th  82 Pb ，共進行幾次的α與
β衰變？
232
90 Th

208
82
4
0
Pb  x 2 He  y  1 e
質量數守恆：232＝208+4x+0y，x＝6
原子序守恆：90＝82+2x+y（-1），y＝4
6次的α衰變與4次的β衰變
Ch8 量子現象
一、量子論開端（近代物理學） ：
1.普朗克：解釋黑體輻射所提出的假設，認為電磁輻射能量為
不連續性。
E=hf ，帶電質點能量為E的整數倍，稱為能量量子化
二、光電效應：
1.雷納：作實驗歸納光電效應的特性
2.（a）照射光頻率要大於截止（底限）頻率才可產生光電子
（b）產生光電子與否，與光的強度無關
（c）截止頻率與金屬的材質有關
三、愛因斯坦解釋光電效應：
1.照射光的頻率代表光子能量，E=hf
2.光強度不代表能量而是單位時間內通過單位截面積的光子數
3.光頻率低於截止頻率時，強度愈強依舊沒有光電子
4.一旦產生光電子，強度愈強光電流愈大
5.光電方程式：E＝束縛能+電子的動能
6.證明光具有粒子性
【重點例題】
1.在光電效應的實驗中，當光束照射在物質表面上時，物質表面上的原子即
可能放出電子，則 A
(Ａ)當照射光愈強時，放射出之電子數目愈多
(Ｂ)當照射光之波長愈長時，放射出之電子數目愈多
(Ｃ)當照射光之能量愈大時，放射出之電子數目愈多
(Ｄ)當照射光之頻率愈高時，放射出之電子數目愈多
2.下列有關「光電現象」的敘述，何者正確？ B
(Ａ)光電子之最大動能與光的強度成正比
(Ｂ)要使某一金屬表面發射光電子而形成光電流，入射光的頻率必須超過
其某特定頻率
(Ｃ)無論光頻率多少，光強度愈強，愈容易產生光電子
(Ｄ)光子的能量可部分被電子吸收，剩餘能量以另一種光的形式被釋放出
(Ｅ)對不同的金屬板，欲產生光電子所需的最小能量皆相等
四、氫原子光譜 ：
1.拉塞福原子模型：理論上應有電磁波釋放出，為不穩定模型。
2.波耳氫原子模型假設：
（a）電子僅存在於具有特定能量的軌道上，在軌道上不輻射
（b）在不同軌道上躍遷時會吸收或放出能量，能量以電磁輻射
形式放出。
（c）吸收或放出的能量差＝hf
（d）
第二受激態
第一受激態
 E  hf 
基態
hc

【重點例題】
關於氫原子的電子從n=5的能階降到基態的過程中：
（1）共可產生幾種不同頻率的光線？ 10
5
1
（2）所放出的光譜線中頻率最大者為由n=___跳到n=___
5
4
（3）所放出的光譜線中波長最長者為由n=___跳到n=___
n=5
n=4
n=3
n=2
n=1
五、德布羅依的物質波：
1.假設移動的物質具有波動的性質 。
2.物質波的特性：
（a）不是力學波（橫波或縱波）也不是電磁波
（b）不是以光速前進
（c）一般移動物質不易觀察，因為質量太大
（d）
h
 
mv
3.實驗證實電子具有波動的性質
基礎物理(二)A
Ch1 運動學
一、不計阻力，在地表附近任何的拋體運動皆為等加速度運動
二、自由落體：初速為零，加速度為g，與質量無關
三、鉛直上拋：加速度為g，最高點速度為0，加速度、重力仍在，
上升與下降過程具有對稱性，視為兩段的自由落體
四、水平拋射：加速度為g，水平方向等速度，鉛直方向自由落體，
在最高點仍具有水平速度
Ch3 動量與牛頓運動定律的應用
一、動量：動量＝mv＝質量x速度（動量具有方向性）
二、動量守恆：系統不受外力作用時，總動量要守恆
三、等速率圓周運動：
（1）向心力與向心加速度皆指向圓心，大小固定但方向改變
（2）為變加速度運動
（3）向心力消失，物體沿切線方向飛去
（4）向心力通式：
2
mv
Fc 
 ma c
R
【重點例題】
1.95年學測：
玩具飛機懸吊在一細繩下端，繞水平圓形軌道等速率飛行，如右
圖所示。下列有關此玩具飛機運動的敘述哪一項正確？ D
(A)飛機的速度保持不變 (B)重力做功提供飛機的動能
(C)飛機的加速度指向前進方向 (D)飛機所受合力指向軌道圓心
Ch4 萬有引力
一、定義：
F 
g 
GMm
R
GM
R
2
2
 mg
 重力加速度
R : 星球外離地心的距離
【重點例題】
1.若地球質量為月球的81倍，地球吸引月球的力F1與月球吸
引地球的力F2，試問兩者的比為何？ C
（A）81：1（B）1：81（C）1：1（D）9：1
2.100年學測：
兩質點間的萬有引力與其質量的乘積成正比，而與其距離
的平方成反比。小君想從萬有引力常數、地球表面的重力
加速度、和地球半徑去估算地球的質量，她寫出的正確計
A
算式應為下列何者？
Gg
GR
R
（A）M  gRG （B）M  g （C） M  R （D） M  gG
（E）M  gGR
2
2
2
2
2
Ch5 功與能量
一、作功：
（1）功＝F‧△X （力與位移要取相互平行的分量）
（2）功沒有方向，但有正負功之分
（3）注意單位
（4）何時作功會為零。（力與位移方向垂直，向心力、單擺張力）
（5）功能原理：外力作功＝動能的變化量
二、位能：
（1）重力位能：U=mgh
（2）彈力位能：彈簧伸長與壓縮時所具有的能量
三、動能： E k 
1
2
mv
2
四、力學能守恆：
（一）僅有保守力（重力、彈力、靜電力）作功的情況下才成立
（二）運動過程中動能與位能總和為定值
（三）自由落體、單擺擺動、物體在光滑斜面上滑動
五、熱學：
（一）熱能的傳遞由高溫的物體傳至低溫的物體
（二）僅能計算熱能的得失量：△H=ms△T（注意單位）
（三）熱的傳播方式：傳導、對流、輻射
（四）力學能與熱能的轉換（注意單位，1卡＝4.18J）
Ch6 碰撞
一、無論哪種形式的碰撞必遵守動量守恆：
/
/
m 1V1  m 2V 2  m 1V1  m 2V 2
二、種類：
（1）彈性碰撞：動量守恆與動能守恆
（2）非彈性碰撞：只有動量守恆
【重點例題】
若M去正向彈性碰撞靜止的m，且入射速度為3m/s向東，M=2m，則
（1）若碰後M速度為2m/s向東，則m速度？
（2）若碰後M速度為2m/s向西，則m速度？
遵守動量守恆：
（1）以東為正，2m×3+m×0=2m×2+m×V，V=2 m/s向東
（2）2m×3+m×0=2m×（-2）+m×V，V=10 m/s向東